DE60320279T2 - METHOD AND SYSTEM FOR INTEGRATING A MATCHING DRIVER TO THE MAIN LOOP OF A DELTA SIGMA MODULATOR - Google Patents
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Abstract
Description
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Delta-Sigma-Modulatoren und insbesondere Fehlanpassungs-Rauschformungseinrichtungen, die in die Hauptschleifen der Delta-Sigma-Modulatoren integriert sind.The The present invention generally relates to delta-sigma modulators and especially mismatch noise shapers, integrated into the main loops of the delta-sigma modulators are.
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Delta-Sigma-Modulatoren sind in Digital-Analog-Wandlern ("DACs") und Analog-Digital-Wandlern ("ADCs") besonders nützlich. Der Delta-Sigma-Modulator verwendet eine Überabtastung, um die Quantisierungsrauschleistung über das Überabtastfrequenzband zu verteilen, das typischerweise viel größer ist als die Eingangssignalbandbreite. Außerdem führt der Delta-Sigma-Modulator eine Rauschformung durch, indem er als Hochpassfilter für das Rauschen wirkt. Das meiste der Quantisierungsrauschleistung wird dadurch aus dem Signalband herausgeschoben.Delta-sigma modulators are in digital-to-analog converters ("DACs") and analog-to-digital converters ("ADCs") are particularly useful. The delta-sigma modulator uses oversampling to quantize noise power over the oversampling frequency band which is typically much larger than the input signal bandwidth. Furthermore leads the Delta sigma modulator undergoes noise shaping by acting as a high pass filter for noise acts. Most of the quantization noise performance is thereby pushed out of the signal band.
Der typische Delta-Sigma-Modulator in einem ADC umfasst einen Eingangssummierer, der das analoge Eingangssignal mit einer negativen Rückführung summiert, ein analoges lineares (Schleifen-)Filter, einen Quantisierer und eine Rückkopplungsschleife mit einer Digital-Analog-Wandlereinheit (Rückkopplungs-DAC-Einheit), die den Quantisiererausgang und den invertierenden Eingang des Eingangssummierers koppelt. Ein Delta-Sigma-DAC ist ähnlich zum ADC. Ein Delta-Sigma-DAC weist einen digitalen Eingangssummierer, ein digitales lineares Filter, eine digitale Rückkopplungsschleife, einen Quantisierer und eine Ausgangs-DAC-Einheit am Modulatorausgang auf. Im Modulator erster Ordnung umfasst das lineare Filter eine einzelne Integratorstufe; das Filter in Modulatoren höherer Ordnung umfasst normalerweise eine Kaskade einer entsprechenden Anzahl von Integratorstufen. Modulatoren höherer Ordnung weisen verbesserte Quantisierungsrauschübertragungs-Charakteristiken gegenüber Modulatoren niedrigerer Ordnung auf, aber die Stabilität wird ein kritischerer Konstruktionsfaktor, wenn die Ordnung zunimmt. Für eine gegebene Topologie kann der Quantisierer entweder ein Einbit-Quantisierer oder ein Mehrbit-Quantisierer sein.Of the typical delta-sigma modulator in an ADC includes an input summer, which sums the analog input signal with a negative feedback, an analog linear (loop) filter, a quantizer and a feedback loop with a digital-to-analog converter unit (Feedback DAC unit) the quantizer output and the inverting input of the input summer coupled. A delta-sigma DAC is similar to the ADC. A delta-sigma DAC has a digital input summer, a digital linear Filter, a digital feedback loop, a quantizer and an output DAC unit at the modulator output on. In the first-order modulator, the linear filter comprises a single integrator stage; the filter in higher-order modulators usually includes a cascade of a corresponding number of Integrator stages. Higher modulators Ordering has improved quantization noise transfer characteristics over modulators lower order, but stability becomes a more critical design factor, though the order increases. For Given a given topology, the quantizer may be either a one-bit quantizer or a multi-bit quantizer.
Die Rückkopplungs-DAC-Einheit für Mehrbit-Delta-Sigma-ADCs und die Ausgangs-DAC-Einheit für einen Mehrbit-Delta-Sigma-DAC sind typischerweise aus gewichteten Umwandlungselementen (z. B. verschiedenen DAC-Elementen für eine DAC-Einheit) konstruiert. Jedes Umwandlungselement (z. B. DAC-Element) wandelt ein digitales Bit in eine analoge Spannung oder einen analogen Strom mit gewichtetem Schritt um. Die Ströme oder Spannungen, die durch die gewichteten Umwandlungselemente für das digitale Wort erzeugt werden, das umgewandelt wird, werden dann summiert, um das analoge Ausgangssignal zu erzeugen. Eine Fehlanpassung zwischen Umwandlungselementen verursacht jedoch, dass die gewichteten Schritte des Stroms oder der Spannung von ihren idealen Werten der gewichteten Schritte abweichen. Die Abweichungen können ein Ergebnis von Differenzen sein, die unter den Umwandlungselementen durch die Herstellungs- oder Fertigungsprozesse existieren. Elementfehlanpassungen sind das Ergebnis von Fehlanpassungsrauschen und Verzerrung im Ausgangssignal. Folglich ist normalerweise eine Schaltung zur dynamischen Elementanpassung (DEM) an den Eingängen der Umwandlungselemente (z. B. DAC-Elemente) enthalten und die DEM-Schaltung verteilt das Fehlanpassungsrauschen über das analoge Ausgangssignalband.The Feedback DAC unit for multi-bit delta-sigma ADCs and the output DAC unit for a multi-bit delta-sigma DAC are typically weighted conversion elements (e.g. different DAC elements for a DAC unit). Each transformation element (eg DAC element) Converts a digital bit to an analog voltage or analog Current with weighted step around. The currents or voltages passing through generates the weighted conversion elements for the digital word The converted is then summed to the analog To produce output signal. A mismatch between conversion elements however, that causes the weighted steps of the stream or the voltage deviate from their ideal values of the weighted steps. The deviations can a result of differences being among the transformation elements exist through the manufacturing or manufacturing processes. Element mismatches are the result of mismatch noise and distortion in the output signal. As a result, there is usually a dynamic element matching circuit (DEM) at the entrances of the Conversion elements (eg DAC elements) and the DEM circuit distributes the mismatch noise over the analog output band.
Verschiedene gut bekannte DEM-Strukturen existieren. Beispielhafte DEM-Strukturen umfassen Zylinderverschiebung, Mittelung individueller Pegel, Schmetterlingslenkung und gewichtete Datenmittelung. DEM-Schaltungen weisen jedoch signifikante Nachteile auf. In Mehrbit-Modulatoren ist die DEM-Schaltung beispielsweise relativ groß, insbesondere in ADCs mit hoher Spannung, die eine große Herstellungsgeometrie erfordern. Im Fall eines Delta-Sigma-DAC kann die DEM-Schaltung häufig tonal werden, wodurch Tonrauschen zum Ausgangssignal hinzugefügt wird. Außerdem besteht die Tendenz, dass die DEM-Schaltung tonal wird, da die DEM-Schaltung typischerweise ein Delta-Sigma-Modulator niedriger Ordnung ist.Various well-known DEM structures exist. Exemplary DEM structures include cylinder shifting, averaging individual levels, butterfly steering and weighted data averaging. However, DEM circuits have significant disadvantages on. In multi-bit modulators, for example, the DEM circuit relatively large, especially in ADCs with high voltage, which has a large manufacturing geometry require. In the case of a delta sigma DAC, the DEM circuit can often become tonal, whereby sound noise is added to the output signal. In addition, there is a tendency that the DEM circuit becomes tonal because the DEM circuit is typical is a low-order delta-sigma modulator.
Eine DEM-Schaltung befindet sich typischerweise außerhalb der Hauptschleife eines Delta-Sigma-Modulators, da Fehlanpassungsrauschen von der Rückkopplungsschleife im Allgemeinen nicht beeinflusst wird und nicht geformt wird. Folglich wird die DEM-Schaltung im Allgemeinen durch das Ausgangssignal des Quantisierers gesteuert. Wenn jedoch der Quantisierer ein Ausgangssignal liefert, das nicht ermöglicht, dass die DEM-Schaltung die Verwendung von DAC-Elementen für einen Zeitraum so variabel steuert und auswählt, dass sie bestimmte Werte haben, dann wird die Operation der DEM-Schaltung zum Verringern von Fehlanpassungsrauschen tatsachlich zunichte gemacht.A DEM circuit is typically located outside the main loop of a Delta sigma modulator because of mismatch noise from the feedback loop generally not affected and not shaped. consequently In general, the DEM circuit is characterized by the output signal of the Controlled quantizer. However, if the quantizer is an output signal supplies that does not allow that the DEM circuit allows the use of DAC elements for a period of time so variable controls and selects that they have certain values, then the operation of the DEM circuit actually reduced to reducing mismatch noise.
In
Eine ähnliche
Anordnung wird von
Die vorliegende Erfindung erkennt den Wunsch nach einer und den Bedarf für eine Schaltung (z. B. ähnlich einer DEM-Schaltung, die Fehlanpassungsrauschen formt), um das Ausgangssignal des Quantisierers zu übersteuern, wie geeignet und/oder erforderlich. Insbesondere erkennt die vorliegende Erfindung diesen Wunsch und Bedarf, wenn der Quantisierer ein Ausgangssignal liefert, das nicht ermöglicht, dass die DEM-Schaltung die Verwendung von DAC-Elementen für einen Zeitraum so variabel steuert und auswählt, dass sie bestimmte Werte haben. Die vorliegende Erfindung beseitigt die Probleme und Nachteile, die beim Stand der Technik angetroffen wurden.The The present invention recognizes the desire for one and the need for one Circuit (eg similar a DEM circuit, the mismatch noise forms) to the output of the quantizer oversteer, as appropriate and / or required. In particular, the present recognizes Invention this desire and need when the quantizer produces an output signal supplies that does not allow that the DEM circuit allows the use of DAC elements for a period of time so variable controls and selects that they have certain values. The present invention eliminates the problems and disadvantages encountered in the prior art were.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Die Erfindung ist in den Ansprüchen 1, 4, 6 bzw. 7 definiert. Spezielle Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.The Invention is in the claims 1, 4, 6 and 7, respectively. Specific embodiments are in the dependent claims explained.
Die Prinzipien der vorliegenden Erfindung sind im Allgemeinen in einer Fehlanpassungs-Rauschformungseinrichtung verkörpert, die in die Hauptschleife eines Delta-Sigma-Modulators integriert ist.The Principles of the present invention are generally in one Mismatch noise shaper embodies integrated into the main loop of a delta-sigma modulator is.
Der Quantisierer des Delta-Sigma-Modulators liefert mindestens drei Quantisierungsebenen und die Fehlanpassungs-Rauschformungseinrichtung gestaltet die Verwendung von fehlangepassten Elementen für die drei oder mehr Quantisierungsebenen. Das Ausgangssignal der Fehlanpassungs-Rauschformungseinrichtung wird zum Summierer als Rückführungssignal zurückgeführt, das auf die Fehlanpassungs-Rauschformungseinrichtung reagiert. Zu geeigneten Zeiten übersteuert die Fehlanpassungs-Rauschformungseinrichtung selektiv den Quantisierer, so dass sich das Ausgangssignal der Rauschformungseinrichtung von einem Ausgangssignal des Quantisierers unterscheidet. Das Übersteuerungsmerkmal unterscheidet die vorliegende Erfindung von einer DEM, da das Ausgangssignal einer DEM nur eine Umordnung derselben Anzahl von Elementen wie ihr Eingangssignal ist. Die Fehlanpassungs-Rauschformungseinrichtung übersteuert den Quantisierer selektiv, wenn das Ausgangssignal des Quantisierers für einen vorbestimmten Zeitraum verhindert hat, dass die Fehlanpassungs-Rauschformungseinrichtung die Auswahl von Elementen am Ausgang der Fehlanpassungs-Rauschformungseinrichtung steuert.Of the Quantizer of the delta-sigma modulator delivers at least three Quantization levels and the mismatch noise shaper designed the use of mismatched elements for the three or more quantization levels. The output of the mismatch noise shaper becomes the summer as a feedback signal attributed to that the mismatch noise shaper responds. To suitable Times overdriven the mismatch noise shaper selectively the quantizer, so that the output signal of the noise shaper differs from an output signal of the quantizer. The override feature distinguishes the present invention from a DEM, since the output signal a DEM just a rearrangement of the same number of elements as their input signal is. The mismatch noise shaper overdrives the quantizer selectively when the output of the quantizer for one predetermined period has prevented the mismatch noise shaper the selection of elements at the output of the mismatch noise shaper controls.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung und von deren Vorteilen wird nun auf die folgenden Beschreibungen in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen Bezug genommen, in denen gilt:For a more complete understanding The present invention and its advantages will now be apparent the following descriptions in conjunction with the accompanying drawings Reference is made, in which:
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Die
Prinzipien der vorliegenden Erfindung und ihre Vorteile werden am
besten durch Bezugnahme auf das (die) dargestellte(n) Ausführungsbeispiel(e)
verstanden, das (die) in den
Mit
Bezug nun auf
Das
Schleifenfilter
Mit
Bezug nun auf
Wenn
in der Tabelle 200 das Eingangssignal
In
einer beispielhaften Zwei-Element-Fehlanpassungs-Rauschformungseinrichtung
Wenn
jedoch das Ausgangssignal
Mit
Bezug nun auf
Das
Speichersystem
Eine
weitere Implementierung beinhaltet die Verwendung einer (von) Zustandsvariable(n).
Die Vergleicherlogik
Mit
Bezug nun auf
Der
Pseudocode-Algorithmus
Wenn
eine bestimmte Grenze (z. B. entweder die obere oder untere Grenze)
nicht erreicht wurde, dann geht der Pseudocode-Algorithmus
Wenn
andererseits die Vergleicherlogik
Der
Pseudocode-Algorithmus
Mit
Bezug nun auf
Mit
Bezug nun auf
Mit
Bezug nun auf
Die
beispielhafte Fehlanpassungs-Rauschformungseinrichtung
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und ein System zum Integrieren einer Fehlanpassungs-Rauschformungseinrichtung in die Hauptschleife eines Delta-Sigma-Modulators bereit. Die vorliegende Erfindung führt das Ausgangssignal der Fehlanpassungs-Rauschformungseinrichtung zum Summierer des Delta-Sigma-Modulators zurück. Die vorliegende Erfindung ermöglicht, dass die Fehlanpassungs-Rauschformungseinrichtung selektiv den Quantisierer zu geeigneten Zeiten übersteuert, so dass sich das Ausgangssignal der Rauschformungseinrichtung von einem Ausgangssignal des Quantisierers unterscheidet. Die vorliegende Erfindung ermöglicht, dass die Fehlanpassungs-Rauschformungseinrichtung selektiv den Quantisierer übersteuert, wenn das Ausgangssignal des Quantisierers für einen vorbestimmten Zeitraum verhindert hat, dass die Fehlanpassungs-Rauschformungseinrichtung die Auswahl von Elementen am Ausgang der Fehlanpassungs-Rauschformungseinrichtung steuert.The The present invention provides a method and system for integration a mismatch noise shaper into the main loop of a delta-sigma modulator ready. The present invention carries the output of the mismatch noise shaper to the summer of the delta-sigma modulator back. The present invention enables that the mismatch noise shaper selectively selects the quantizer overloaded at appropriate times, such that the output signal of the noise shaping device of differs an output signal of the quantizer. The present Invention allows that the mismatch noise shaper selectively overrides the quantizer, if the output of the quantizer for a predetermined period of time has prevented the mismatch noise shaper the selection of elements at the output of the mismatch noise shaper controls.
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf (ein) spezielle(s) Ausführungsbeispiel(e) beschrieben wurde, sollen diese Beschreibungen nicht begrenzend aufgefasst werden. Verschiedene Modifikationen der offenbarten Ausführungsbeispiele sowie alternative Ausführungsbeispiele der Erfindung sind für Fachleute bei Bezugnahme auf die Beschreibung der Erfindung ersichtlich. Von Fachleuten sollte erkannt werden, dass die Konzeption und das offenbarte spezielle Ausführungsbeispiel leicht als Basis zum Modifizieren oder Konstruieren von anderen Strukturen zur Ausführung derselben Zwecke der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.Although the invention has been described with reference to specific embodiment (s), these descriptions are not intended to be limiting. Various modifications of the disclosed embodiments as well as alterna Exemplary embodiments of the invention will be apparent to those skilled in the art upon reference to the description of the invention. It should be appreciated by those skilled in the art that the conception and specific embodiment disclosed may be readily utilized as a basis for modifying or designing other structures for carrying out the same purposes of the present invention.
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